趙文靜，滕 尊，張萍萍，方新宇，李若男

（安徽農(nóng)業(yè)大學 林學與園林學院，安徽 合肥 230036）

城市綠地作為城市生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，直接影響著城市生態(tài)可持續(xù)發(fā)展[1]。隨著城市化進程的快速推進，城市生態(tài)環(huán)境面臨嚴峻挑戰(zhàn)：綠地面積不足、生物多樣性減少、建筑斑塊聚集等，威脅著城市的可持續(xù)發(fā)展[2]。城市綠地景觀格局作為衡量城市生態(tài)環(huán)境的重要指標，是城市擴張的直觀表現(xiàn)[3]。近年來，國內外學者基于遙感解譯，從土地利用角度研究其景觀格局動態(tài)變化的相關研究較多，但將城市綠地劃分為一種景觀類型、探究其動態(tài)變化的研究較少[4]。對于景觀格局變化，多從時間或空間單一方面描述，較少將時間和空間聯(lián)系起來，分析景觀格局動態(tài)變化[5]。本文運用景觀格局動態(tài)度，將各景觀類型時間變化與空間特征結合起來，定量分析城市綠地景觀格局的動態(tài)變化。在研究區(qū)的選擇上，多集中在快速發(fā)展的一線大城市上，對于快速城市化的中小城市缺少關注[6]。

合肥是安徽省會，是長江中下游重要的中心城市之一[7]，合肥市作為近年來國內城市化高速發(fā)展的代表呈現(xiàn)出快速發(fā)展趨勢。濱湖新區(qū)隸屬安徽省合肥市，隨著濱湖新區(qū)城市建設規(guī)模迅速擴張，區(qū)內農(nóng)林用地和城市綠地等生態(tài)用地遭到占用和破壞，生態(tài)風險有所升高[8]。目前國內外相關研究中，有關合肥市濱湖新區(qū)綠地景觀格局的研究大多浮于表面，缺少對其綠地景觀格局的定量化研究分析[9]。鑒于此，本研究以合肥市濱湖新區(qū)為研究對象，根據(jù)濱湖新區(qū)發(fā)展歷程，選擇多期（2005、2012、2020）Landsat 遙感影像、利用ENVI 5.3、Arc GIS10.2、Fragstats 4.2 軟件分析在快速城市化背景下，濱湖新區(qū)2005-2020 年間的綠地景觀格局時空變化，旨在提出可操作性的綠地景觀格局優(yōu)化的途徑，為提高城市生態(tài)環(huán)境質量、優(yōu)化城市綠地結構等提供重要的理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

濱湖新區(qū)位于合肥主城區(qū)東南部，地理坐標介 于117.13～117.24°E，31.28～31.50°N，總 占 地面積為196 km2。規(guī)劃范圍為南鄰巢湖，北依南二環(huán)，西接滬蓉高速公路，東臨南淝河，如圖1 所示。研究區(qū)年平均氣溫為15.7℃，年平均降水量為1 000 mm，日照約2 100 h[10]。區(qū)內地勢西北高，東南低，水資源豐富，巢湖、南淝河、包河、南淝河、十五里河、塘西河、派河穿流其中[11]。濱湖新區(qū)自2006 年11 月15 日開始建設，是合肥“141”城市空間發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分[7]。

2 材料與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與處理

以Landsat7（2005、2012）及Landsat8（2020）遙感影像數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源[12]，見表1。經(jīng)ENVI5.3 預處理后[13]，依據(jù)《城市用地分類與規(guī)劃建設用地標準》（GB50137-2011）[14]，結合濱湖新區(qū)景觀特點和土地使用現(xiàn)狀，將研究區(qū)景觀劃分為農(nóng)林用地、城市綠地、建設用地、水域、未利用地五類，見表2。其中需要特殊說明的是：考慮牛角大圩和東大圩的用地特殊性，本次研究中將其劃分為城市綠地。在ENVI5.3 中采用支持向量機和目視解譯相結合的方法解譯遙感影像，解譯后檢驗其Kappa 系數(shù)，結果均高于0.80，滿足研究要求[3]。濱湖新區(qū)各年度景觀類型分布見圖2。

表2 土地利用景觀類型

圖2 2005-2020 年濱湖新區(qū)景觀類型圖

表1 Landsat 遙感影像基本信息

輔助數(shù)據(jù)包括合肥總體規(guī)劃（2006-2020）、合肥市城市總體規(guī)劃（2011-2020），2005-2020 年歷史影像衛(wèi)星圖數(shù)據(jù)來自水經(jīng)微圖，空間分辨率為1.5 m。氣象數(shù)據(jù)來源于國家氣象科學數(shù)據(jù)共享網(wǎng)。

2.2 景觀格局動態(tài)度

為科學描述各景觀類型面積占比及其時空變化，本次研究采用景觀格局動態(tài)度的研究方法，即通過研究區(qū)在時間t 內某一景觀類型的變化情況，來評價不同景觀類型在一定時間內的變化量與變化速度[15]。其表達式為：

式中：K 表示時間段t 內某一類型景觀動態(tài)度，Ua、Ub表示時間段t 開始與結束時某一類型景觀的面積。

2.3 景觀格局轉移矩陣

景觀類型轉移矩陣對景觀類型結構的變化特征和景觀類型的變化方向進行深入分析[16]?；诜诸惡蟮倪b感影像，在Arc GIS10.2 中將其轉化為矢量文件，運用疊加分析中的相交工具處理后，將其屬性表導出，經(jīng)過Excel 簡單處理得到研究區(qū)2005-2012 年和2012-2020 年景觀格局轉移矩陣。其表達式為：

式中：S 表示轉移矩陣，n 表示景觀類型數(shù)，向量表示各種景觀類型變化的面積。

2.4 景觀格局指數(shù)

現(xiàn)有的綠地景觀格局是在城市諸多因素長期作用下形成的[17]。以往研究中對于景觀格局指數(shù)的選擇缺乏科學依據(jù)。本研究充分考慮研究區(qū)尺度、各景觀格局指數(shù)的生態(tài)學含義，結合濱湖新區(qū)綠地特點，構建科學的景觀格局指數(shù)體系。從景觀和類型水平上，選擇類型面積、斑塊數(shù)、斑塊密度、最大斑塊指數(shù)、斑塊形狀指數(shù)、聚集度指數(shù)、香農(nóng)多樣性指數(shù)、香農(nóng)均勻度指數(shù)、蔓延度指數(shù)[18-19]，對濱湖新區(qū)景觀格局的面積、密度、聚集程度、形狀特征、多樣性等分析，計算方法見文獻[20]。根據(jù)ENVI 提取各景觀類型分類圖，在Arc GIS10.2中將三期景觀類型圖轉化為tif 格式文件后，采用Fragstas4.2 軟件計算，并將結算結果繪制成圖，提高結果的可視化程度。

3 結果與分析

3.1 景觀格局動態(tài)度變化分析

基于2005、2012、2020 年的遙感影像，對各年份5 種景觀類型進行統(tǒng)計，并計算各類景觀面積比重。從圖3 中可以看出，由于2005 年濱湖新區(qū)還未開始建設，主要景觀類型為農(nóng)林用地、城市綠地、建設用地，分別占總面積的42.15%、28.43%、23.90%。隨著2006 年濱湖新區(qū)開始建設，截至2012 年，濱湖新區(qū)的主要景觀類型為城市綠地和建設用地，占比分別為54.52%、34.26%，農(nóng)林用地占比下降至5.33%。隨著城市化進程的進一步加快，建設用地面積進一步增加，截至2020 年，濱湖新區(qū)的主要景觀類型為城市綠地、建設用地和水域，占比分別45.91%、45.17%、5.7%。

圖3 濱湖新區(qū)景觀面積百分比

由圖4 可知，建設用地和水域兩個時間段增長趨勢相同，增長速度由2005-2012 年的3.43%和1.29%降至2012-2020 年的2.55%和1.32%，建設用地增長減緩，水體加速增長。農(nóng)林用地和未利用地減少趨勢由2005-2012 年的-6.99%和-1.45%變化為2012-2020 年的-3.75%和-4.83%，農(nóng)林用地減少速度減緩，未利用地減少速度加快。2005-2020 年間城市綠地呈現(xiàn)先增加后減少的變化趨勢，2005-2012 年期間城市綠地的增加速度為7.34%，2012-2020 年城市綠地的減少速度為-1.26%，景觀動態(tài)度變化較大。

圖4 濱湖新區(qū)景觀變化動態(tài)度

3.2 景觀格局轉移矩陣分析

2005-2020 年間，濱湖新區(qū)5 種景觀類型發(fā)生了較為明顯地轉化。由表3 可知，2005-2012 年間，發(fā)生變化的景觀類型面積為118.7 km2，占總面積的60.56%，發(fā)生變化的景觀類型面積比例較大。其中農(nóng)林用地轉出量最大，為72.17 km2，主要轉化為建設用地和城市用地，這和濱湖新區(qū)自2006 年建設以來的快速城市化、農(nóng)林用地被征用有很大的關系。城市綠地轉入量為66.94 km2，主要由農(nóng)林用地、建設用地轉化而來，轉化面積分別為50.99 km2和15.95 km2，這是由于城市發(fā)展需要，部分農(nóng)林用地和農(nóng)村居民點用地被重新規(guī)劃，使得城市綠地有所增加。建設用地轉入量增加，水域和其他用地變化量較小。新增水域多為農(nóng)林用地轉化而來，減少的其他用地主要轉化為建設用地和城市綠地。

表3 2005-2012 年濱湖新區(qū)景觀格局轉移矩陣/km2

由表4 可知，2012-2020 年間，發(fā)生變化的景觀類型面積為67.44 km2，占總面積的34.41%。城市綠地轉出量增加，主要轉化為建設用地。建設用地轉入量進一步增加，城市綠地和農(nóng)林用地貢獻最大，轉化面積分別為32.78 km2和2.27 km2，分別占其轉化總面積的48.61%和3.37%。其變化主要原因是城市建設發(fā)展需要，如2017 年提出的合肥濱湖科學城的建設等政策加劇了景觀格局變化。水域面積緩慢增加，主要由城市綠地轉入。未利用地逐年減少，主要轉出為城市綠地和建設用地。

表4 2012-2020 年濱湖新區(qū)景觀格局轉移矩陣/km2

3.3 景觀格局指數(shù)變化分析

由表5 可知，景觀類型上，2005-2020 年間，濱湖新區(qū)整體景觀的最大斑塊指數(shù)由9.59%上升到17.52%，這是由于近年來快速城市化，建筑用地擴張，使得建筑斑塊更加聚集。斑塊形狀指數(shù)呈現(xiàn)波動下降的趨勢，斑塊形狀呈現(xiàn)先變復雜后又變簡單的趨勢，表明2012 年左右的規(guī)劃對其生態(tài)環(huán)境有一定的積極影響，近年來的城市化又對城市生態(tài)環(huán)境造成了一定破壞。香農(nóng)多樣性指數(shù)由1.31 下降至1.18，說明研究區(qū)景觀斑塊類型減少，破碎化程度低，景觀多樣性減少。香農(nóng)均勻性指數(shù)在緩慢上升并保持平穩(wěn)，表明各類型景觀趨于均勻分布的趨勢。聚集度指數(shù)和蔓延度指數(shù)呈上升趨勢，分別上升了0.77%和4.19%，表明各類型景觀中不同斑塊處于團聚或延展的趨勢，景觀中的優(yōu)勢斑塊連接性有一定提高。

表5 2005-2020 年濱湖新區(qū)景觀水平景觀格局指數(shù)

由表6 可知，類型水平上，城市綠地面積先急速上升后又下降，城市綠地斑塊數(shù)減少較快，斑塊總數(shù)從4945 減少到2630，減少了2315。斑塊密度下降，從11.82 下降到6.29，下降了5.53。城市綠地景觀的最大斑塊指數(shù)呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，從3.45 上升到10.82，后又降低到7.78，表明人類活動對于景觀優(yōu)勢種的確立存在較大的影響，2012年以前的建設有利于優(yōu)勢種的形成。斑塊形狀指數(shù)呈現(xiàn)逐年下降的趨勢，從77.96 下降到64.93，下降了13.03。聚集度指數(shù)緩慢上升，表明斑塊逐漸聚集，連通性增加。研究區(qū)在城市化進程中，城市綠地的破碎度降低，連通性增加。綠地斑塊形狀趨向簡單化、規(guī)則化，景觀類型越來越單一化，斑塊逐漸呈現(xiàn)均勻分布的空間特征。

表6 2005-2020 年濱湖新區(qū)類型水平景觀格局指數(shù)

4 結論與討論

4.1 結論

以合肥市濱湖新區(qū)為研究對象，基于多期（2005、2012、2020）Landsat 遙感影像，將景觀類型分為建設用地、城市綠地、水域、農(nóng)林用地和未利用地。利 用ENVI5.3、Arc GIS10.2、Fragstats4.2 軟 件選擇景觀格局指數(shù)，定量研究濱湖新區(qū)綠地景觀格局，探究其動態(tài)變化過程，結果表明：

（1）從景觀類型時間變化角度，2005-2020 年16 年間研究區(qū)景觀特征發(fā)生較大變化。2006 年濱湖新區(qū)開始建設，16 年間，人類活動干擾程度增強導致農(nóng)林用地總占比減少量最大，為39.29%（77.06 km2），減少速度較快。建設用地總占比穩(wěn)步上升，為17.81%（41.52 km2）。2011 年合肥城市空間戰(zhàn)略改變，濱湖新區(qū)迎來新一輪建設，生態(tài)環(huán)境有所改善，城市綠地面積先快速增加后緩慢減少，水域面積緩慢上升，未利用地面積緩慢下降。截至2020 年，城市綠地和建設用地為研究區(qū)主要景觀類型，分別占總面積的45.91%和45.17%。

（2）從空間變化角度，2005-2012 年間，農(nóng)林用地轉出量最大，占總變化面積的61.33%，是城市綠地和建設用地的主要來源。建設用地轉入量穩(wěn)步增加，主要由農(nóng)林用地和城市綠地轉化而來。2012-2020 年間，2017 年合肥濱湖新區(qū)科學城的提出，城市化進程進一步加快，建設用地轉入量較大，主要由城市綠地和農(nóng)林用地轉化而來，轉化面積為32.78 km2，占轉化總面積的48.61%。濱湖新區(qū)經(jīng)濟快速發(fā)展，人口不斷增加，2005-2020 年景觀類型呈現(xiàn)農(nóng)林用地退化成城市綠地和建設用地、城市綠地和農(nóng)林用地轉化為建設用地的趨勢。水域和其他用地變化量較小。

（3）從景觀格局動態(tài)變化角度，景觀水平上：2005-2020 年間，隨著快速城市化，新增道路交通用地、建筑組團聚集使聚集度、蔓延度、均勻度指數(shù)呈上升的趨向；多樣性指數(shù)呈下降趨向，斑塊形狀指數(shù)呈波動下降趨勢，表明研究區(qū)內各景觀類型破碎化程度低，景觀多樣性減少，連通性增加，各類景觀類型趨向均勻化發(fā)展。類型水平上：2005-2020年間，綠地面積和最大斑塊指數(shù)先上升后下降，綠地斑塊數(shù)、斑塊形狀指數(shù)穩(wěn)步下降，聚集度指數(shù)緩慢上升，表明研究區(qū)綠地景觀異質性降低、連通性增加，綠地斑塊形狀趨向簡單化、規(guī)則化，綠地斑塊逐漸呈現(xiàn)均勻分布的空間特征。

4.2 討論

本文使用數(shù)據(jù)空間分辨率為30 m×30 m 的Landsat 遙感影像進行分析，小于30 m 的景觀單元無法識別，可能導致景觀格局指數(shù)的計算存在一定誤差。人工目視解譯景觀類型分類時，由于解譯的主觀性，可能與實際結果存在誤差，今后研究應注重應用高精度數(shù)據(jù)。

本研究結果的數(shù)據(jù)來源更為可靠，選取的指標更為科學，彌補江新[10]、賈媛媛等[11]人在濱湖新區(qū)綠地空間數(shù)據(jù)獲取與空間結構分析上的不足?；谘芯繀^(qū)現(xiàn)狀問題，現(xiàn)提出以下幾點建議：

（1）各景觀類型用地變化上：截至2020 年，建設用地仍在持續(xù)增長，城市綠地波動下降，建議未來加強保護區(qū)內城市綠地、農(nóng)林用地，合理控制城市化速度。

（2）各景觀類型空間變化上：16 年間，濱湖新區(qū)景觀格局發(fā)生較大變化。就目前來看，近年來的政策規(guī)劃在一定程度上對區(qū)內生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了積極影響。但隨著經(jīng)濟發(fā)展，區(qū)內建設用地規(guī)模擴大，不可避免占用部分農(nóng)林用地和城市用地，從而加劇了人地矛盾。在今后發(fā)展中應建立各類用地間生態(tài)緩沖區(qū)，增加城市微小環(huán)境建設。針對濱湖新區(qū)在城市化進程中的問題，結合國土空間規(guī)劃，優(yōu)化各類土地利用結構，完善濱湖新區(qū)空間布局。

（3）景觀格局指數(shù)變化上：目前研究區(qū)各類景觀聚集度、蔓延度指數(shù)平穩(wěn)上升，景觀連通性較好，這與16 年間濱湖新區(qū)東大圩、牛角大圩和濱湖濕地森林公園綠地景觀保護較好有關，未來發(fā)展應繼續(xù)保持。但大規(guī)模的城市建設活動也導致研究區(qū)內綠地斑塊數(shù)、斑塊密度、形狀指數(shù)、香農(nóng)多樣性指數(shù)不斷減少，研究區(qū)內景觀結構區(qū)域簡單化，建設用地分布聚集，生態(tài)環(huán)境遭到破壞。

因此，針對本研究所反映的問題，建議濱湖新區(qū)在今后的規(guī)劃建設中，做好現(xiàn)存綠地的保護工作，建設用地不宜再大規(guī)模建設，應增加道路、公園、建筑間綠地，構建綠色廊道。同時，應增加一些點狀、塊狀綠地，增加綠地斑塊數(shù)量，豐富綠地結構類型，提高研究區(qū)內的生物多樣性。在快速發(fā)展的同時，協(xié)調好快速城市化與生態(tài)環(huán)境之間的關系，劃定生態(tài)保護紅線、濱湖開發(fā)邊界、永久基本農(nóng)田等；強化邊界控制，整合城市內藍綠生態(tài)空間，充分發(fā)揮城市綠地生態(tài)效益，更好地完善濱湖新區(qū)綠地空間結構。